آشنایی با انواع گازهای مبرد - کاربرد و مزایای آن - الکتروبهمن

آشنایی با انواع گازهای مبرد

گاز فریون یا مبرد چیست؟

مهم ‌ترین عضو یک سیستم تهویه مطبوع مبرد است که وظیفه دارد گرما را از یک محیط جذب کرده و به محیطی دیگر منتقل کند. این انتقال گرما به خودی خود رخ نمی‌ دهد. با استفاده از تجهیزاتی مثل کمپرسور، اواپراتور و کندانسور که عضو‌های حیاتی یک سیستم تهویه به حساب می‌آیند، این رویه صورت می‌گیرد. ماده مبرد در زمان طی کردن یک سیکل به طور مرتب از حالت مایع به گاز تبدیل می ‌شود. دوباره با سرد شدن، از گاز به مایع تغییر حالت می ‌دهد.

مقاله آموزشی: نصب و راه اندازی انواع سردخانه

موارد مصرف این محصول می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• گاز مبرد کمپرسور

• گاز مبرد چیلر

• گاز مبرد کولری گازی

• گاز فریون یخچال

• سیستم های بردوتی

• سیستم های تهویه مطبوع

انواع ماده مبرد

در اطراف ما سیستم ‌های تبرید بسیار زیادی وجود دارند که در آن ‌ها از مواد مبرد استفاده می ‌شود. در هر کدام از این سیستم ‌ها از مواد مختلفی به عنوان ماده مبرد استفاده شده است. هرکدام از این گازهای مبرد مزایا و معایب خود را دارند. یکی از معایب یک ماده مبرد، می ‌تواند تاثیر مخربی باشد که می‌تواند بر روی محیط زیست داشته باشد. به همین خاطر دانشمندان جهان در پی این هستند که ماده مبردی که ضرر کمتری برای محیط زیست داشته باشد را تولید و مورد استفاده قرار دهند. 

دسته بندی مواد مبرد

مواد مبرد را طبق ترکیب شیمیایی موجود در آن‌ ها دسته ‌بندی می ‌کنند. معروف ‌ترین آن‌ ها شامل خانواده کلروفلوئوروکربن‌ ها‌ (CFC)، هیدروکلروفلوئوروکربن ‌ها‌ (HCFC)، هیدروفلوئوروکربن ‌ها‌ (HFC) و مبرد‌های طبیعی می ‌شود. فرئون ‌ها و هالوکربن ‌ها به طور مصنوعی به دست می ‌آیند.

این دسته‌ بندی‌‌ ها به همراه معروف ‌ترین اعضای این دسته‌ بندی در زیر آمده است:

کلروفلوئوروکربن‌  R12, R11   :(CFC)، R113 ، R114، و R115

هیدروکلروفلوئوروکربن R22 :(HCFC) و R123

هیدروفلوئوروکربن R134a ,R404A,R407C ,R410A  :(HFC) 

تاثیر مواد مبرد بر محیط زیست را با دو عدد موسوم به پتانسیل تخریب لایه اوزون (ODP) و پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) توصیف می ‌کنند. عدد ODP مقداری در بازه صفر تا یک دارد که هرچه این عدد به یک نزدیک ‌تر باشد، نشان ‌دهنده آن است که پتانسیل بیش‌ تری برای تخریب لایه اوزون دارد. عدد ODP مبرد‌های کلروفلوئوروکربن‌ به طور معمول زیاد است، چون در ترکیب شیمیایی آن‌ ها کلر وجود دارد. امروزه به دلیل همین موضوع دیگر از گاز‌های CFC به عنوان ماده مبرد استفاده نمی ‌شود.

مقادیر GWP می‌ تواند از صفر تا چند هزار تغییر کند. مثل عدد قبلی، هر چه GWP بزرگ ‌تر باشد، نشان ‌دهنده آن است که تاثیر منفی گاز بر گرمایش جهانی بیش ‌تر است. گازهای HCFC  با اینکه به نسبت گازهای CFC عدد GWP کمتری دارند، ولی  GWP آن ‌ها زیاد است. امروزه کمتر مورد استفاده قرار می‌ گیرند.

مقاله آموزشی: سردخانه چیست؟

انواع گاز‌های مبرد

گاز R11 

گاز مبرد فریونی R11 مخصوص چیلرهای سانتریفیوژی با حجم زیاد و فشار کم است. ترکیب این گاز مبرد فریونی با فرمول تری‌ کلرو‌ فلرو‌متان (CCl3F) است. این گاز مبرد فریونی به خاطر عدم اشتعال ‌پذیری و انفجار و به دلیل غیرسمی بودن و پایدار بودن، یک گاز ایمن است. در حال حاضر می توان گاز مبرد فریونی R-123 را در چیلرهای جدید به جای گاز R11 استفاده کرد.

گاز R12 

گاز مبرد فریونی R12 کاربرد زیادی دارد و در امور مختلفی مثل: سیستم‌ های تبرید هرمتیک کوچک، چیلرهای فشار مثبت بزرگ، سیستم ‌های تهویه مطبوع خودرو و انواع دیگری از سیستم ‌های تبرید استفاده می شود. ترکیب گاز مبرد فریونی R12 فرمول دی کلرو ‌دی‌ فلرو‌متان (CCl2F2)  است. گاز های دیگری که می تواند با این گاز جایگزین شود گاز های R134a و R410A/B و R409A و R414B و R417C است.

گاز R22

گاز R22 معروف ترین گاز مبرد‌ فریونی است که برای کولر گازی اسلیت و کولر های صنعتی و دیگر کمپرسورها و دستگاه های مختلف مثل یخچال و... مورد استفاده است. ترکیب فرمول این گاز HCFC هیدرو کلرکربن است. جدیدا تولید این گاز بخاطر آسیب به لایه اوزون محدودتر شده است و در بسیاری از برند های کولر گازی، گاز مبرد R410A جایگزین گاز R22 شده است. گازهای مبرد R407  و R422C می تواند جایگزین گاز R22 باشند.

گاز مبرد  R134a

تترافلوئورواتان یا  R134a از دو اتم کربن، دو اتم هیدروژن و چهار اتم فلور تشکیل می ‌شود. فرمول شیمیایی این گاز  CF3CH2F است. این مبرد از دسته HFC به حساب می ‌آید و تاثیری بر روی لایه اوزون نمی‌ گذارد. این ماده مبرد غیر مشتعل و غیرانفجاری است و میزان سمی بودن آن در حد استاندارد است.

دمای جوش R134a منفی 26.1 درجه سانتی ‌گراد است و دیگر خواص ترمودینامیکی این مبرد تقریبا با R12 مشابه هست. می‌ توان از R134a به عنوان جایگزینی برای R12 استفاده کرد. باید توجه کرد که تغییراتی باید در تجهیزات سیستم تبرید صورت بگیرد.

مقاله آموزشی: چگونه قیمت یک سردخانه را محاسبه کنیم؟

گاز مبرد  R404A

این ماده مبرد یک جایگزین ایمن برای R22 محسوب می شود. از مزیت‌‌ های  R404A می‌توان به بازه دمایی که می‌تواند در آن کار کند اشاره کرد، این ماده مبرد در سیستم ‌هایی که دمایی بین منفی ۴۵ تا مثبت ۱۵ درجه سانتی ‌گراد را لازم دارند می ‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

خواص ترمودینامیکی R404A شباهت زیادی با R22 دارد و حتی در مواردی عملکرد بهتری نسبت به این گاز دارد.  R404A به راحتی با آب و هوا واکنش نشان نمی‌ دهد و بدون رنگ و غیر مشتعل هست. تماس مستقیم پوست بدن با R404A می‌تواند مضر باشد.

گاز مبرد  R407C

این ماده مبرد یک جایگزین معمول برای  R22 محسوب می‌ شود. R407C مخلوطی از چند هیدروفلوئوروکربن مثل دی‌فلوئورومتان و پنتافلوئورومتان است که خواص ترمودینامیکی لازم برای قرار گرفتن در سیکل‌ های تبرید را دارد. در سیستم‌ های تبرید جدید، استفاده از R407C رواج بیشتری دارد. این ماده مبرد توانایی کار کردن در سیکل ‌های دما متوسط را دارد.

گاز مبرد  R410A

این ماده از ترکیب چند هیدروفلوئوروکربن تشکیل می‌ شود. به دلیل اینکه کلر در ترکیب آن وجود ندارد، آسیبی برای لایه اوزون به بار نمی ‌آورد. با استفاده از این مبرد می‌ توان به بازدهی بیشتری نسبت به R407C و R22 دست یافت.

ظرفیت تبرید و فشار بالا، R410A  را به گزینه ‌ای بهتر نسبت به R22 تبدیل می‌ کند. این گاز گزینه ‌ای محبوب برای استفاده در سیستم ‌های تهویه، سیستم‌ های تبرید صنعتی و خنک ‌کننده محسوب می ‌شود.

گاز R502 

گاز مبرد فریونی R502 در واقع ترکیبی از دو گاز فریونی R22 ، R115  است و فرمول شیشمایی آن به اسم کلرو دی ‌فلورو متان است. مهم ترین کاربرد این گاز فریونی در فرآیند های تبرید با دمای پایین است و برای کمپرسور های نسبتا ارزان قیمت هم کاربرد دارد. به همین خاطر در یخچال های خانگی و دستگاه های یخ ساز صنعتی کاربرد دارد.

گاز R507

گاز مبرد فریونی R507 دارای ترکیب آزئوتروپیک می باشد و از ترکیب دو گاز فریونی R143A و R125 است. البته از آنجا که عملکرد گاز مبرد R507 شباهت‌ زیادی به گاز فریونی پرکاربرد R502 دارد می توان در موارد زیادی به عنوان جایگزین آن گاز استفاده شود. به دلیل گاز R507 مخرب محیط زیست است می‌توان از گاز فریونی R502 به جای آن استفاده کرد.

مقاله آموزشی: تن تبرید چیست؟ 

ویژگی های یک گاز مبرد استاندارد

• سمی نبودن

• پایدار بودن

• خورنده نبودن

• دارای نقطه جوش پایین

• غیر قابل اشتعال و انفجار

• سازگار با محیط زیست

• پایین بودن هزینه نگهداری و خرید

• قابل تشخیص بودن در حالت نشت

• داشتن عدد ODP و GWP پایین

مبرد های طبیعی

مهم ‌ترین مزیت مبردهای طبیعی مثل کربن ‌دی ‌اکسید، آمونیاک یا پروپان در این است که عدد ODP برای آن‌ ها صفر است و GWP بسیار کمی دارند که می‌ توان از آن صرف نظر کرد. قدمت استفاده از بعضی از مبردهای طبیعی به بیش از 150 سال می‌ رسد.

بازدهی بعضی سیستم ‌هایی که از  CO2 استفاده می ‌کنند، در محیط‌ های گرم کم می شود و نیاز به تنظیمات اضافه ‌ای دارند تا بازدهی آن ‌ها زیاد شود. ولی با استفاده از مبردهای طبیعی می‌توان به همان بازدهی سیکل‌هایی با مبردهای HFC و HCFC دست یافت.

آمونیاک

آمونیاک که با اسم R717 شناخته می ‌شود، یکی از مبردهای قدیمی است که هم در سیستم ‌های تراکمی و هم در سیستم ‌های تبرید جذبی مورد استفاده قرار می ‌گیرد. مزیت آمونیاک به عنوان یک مبرد در این است که وزن مولکولی کمی دارد، توانایی کار کردن در دما های مختلف را دارد، گرمای نهان تبخیر آن بالاست و نشتی ‌های آن را به راحتی می ‌توان شناسایی کرد.

R717 معایبی دارد از جمله: میزان سمی بودن بالا، واکنش پذیر و قابل اشتعال بودن. آمونیاک توانایی بالایی در جذب مولکول‌ های آب دارد و خشک نگه داشتن آن کار سختی است. موقعی که آمونیاک همراه خود آب حمل کند، می ‌تواند برای مس و آلیاژهای مسی در نقش یک خورنده واقع شود.

در دما های بالای خروجی از کمپرسور، ممکن است آمونیاک مقداری به نیتروژن و هیدروژن تجزیه شود و فشار این گازها به فشار کندانسور اضافه خواهد شد. افزایش فشار کندانسور به معنای کاهش بهره‌ وری سیستم است و مصرف انرژی بیش‌ تر خواهد شد.

کربن دی ‌اکسید

کربن دی‌ اکسید در هوای اطراف ما وجود دارد و غیر اشتعال‌ پذیر و غیرسمی است. استفاده از کربن دی اکسید قدمتی طولانی دارد و از سال ۱۸۶۲ تا الان از این گاز به عنوان مبرد استفاده می‌ شود. در گذشته سیستم‌ هایی که از کربن دی اکسید استفاده می ‌کردند، بازدهی کمی داشتند. با پیشرفت تکنولوژی و پدید آمدن شیوه‌ های نوین، می ‌توان بر این مشکل غلبه کرد. کم کم کربن دی اکسید در حال بازگشت به سیستم‌ های تبرید است و اگر به درستی از آن استفاده شود، می‌ توان به بازدهی‌ های بالایی دست پیدا کرد. پیش ‌بینی می‌ شود که در سال‌ های آینده استفاده از کربن دی اکسید به عنوان ماده مبرد زیاد شود.

مقاله آموزشی: ساندویچ پانل چیست؟

وظایف گاز مبرد 

• هنگامی که سیستم در دمای مجاز کار می کند باید بتواند حرارت را به خوبی جذب و دفع کند.

• مدت زمان کارکرد در این ماده باید تا حد امکان بالا و کاملا پایدار باشد.

• به دلیل احتمال وجود نشتی در سیستم تبرید تراکمی، مبرد باید ضد اشتعال، ضد سمی و تا جای ممکن برای محیط زیست خطرناک نباشد.